-->
|
|
|
Õèìèÿ 8 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí ÃÄÇ 8 êëàññ§ 7. Îñíîâíûå ñâåäåíèÿ î ñòðîåíèè àòîìîâÂû óæå çíàåòå, ÷òî ëþáîé õèìè÷åñêèé ýëåìåíò, êàê ïðàâèëî, ìîæåò ñóùåñòâîâàòü â òð¸õ ôîðìàõ: ñâîáîäíûå àòîìû, ïðîñòûå âåùåñòâà è ñëîæíûå âåùåñòâà. Ðàññìîòðèì ïåðâóþ ôîðìó — ñâîáîäíûå àòîìû. Ïîíÿòèå «àòîì» âîçíèêëî åù¸ â àíòè÷íîì ìèðå äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ÷àñòèö âåùåñòâà.  ïåðåâîäå ñ ãðå÷åñêîãî àòîì îçíà÷àåò «íåäåëèìûé». Îòêðûòèÿ, ñäåëàííûå ó÷¸íûìè-ôèçèêàìè, äîêàçàëè, ÷òî àòîì èìååò ñëîæíîå ñòðîåíèå — ñîñòîèò èç áîëåå ìåëêèõ (ýëåìåíòàðíûõ) ÷àñòèö. Êàê æå óñòðîåí àòîì?  1910 ã. â Êåìáðèäæå, áëèç Ëîíäîíà, Ýðíåñò Ðåçåð-ôîðä ñî ñâîèìè ó÷åíèêàìè è êîëëåãàìè èçó÷àë ðàññåèâàíèå à-÷àñòèö, ïðîõîäÿùèõ ÷åðåç òîíåíüêóþ çîëîòóþ ôîëüãó è ïîïàäàâøèõ íà ýêðàí. Àëüôà-÷àñòèöû îáû÷íî ÷óòü îòêëîíÿëèñü îò ïåðâîíà÷àëüíîãî íàïðàâëåíèÿ, âñåãî íà îäèí ãðàäóñ, ïîäòâåðæäàÿ, êàçàëîñü áû, ðàâíîìåðíîñòü è îäíîðîäíîñòü ñâîéñòâ àòîìîâ çîëîòà. È âäðóã — î ÷óäî! — èññëåäîâàòåëè çàìåòèëè, ÷òî íåêîòîðûå à-÷àñòèöû ðåçêî èçìåíÿëè íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ, áóäòî íàòàëêèâàëèñü íà êàêóþ-òî ïðåãðàäó. Ðàçìåñòèâ ýêðàí ïåðåä ôîëüãîé, Ý. Ðåçåðôîðä ñóìåë îáíàðóæèòü äàæå òå ðåä÷àéøèå ñëó÷àè, êîãäà à-÷àñòèöû, îòðàçèâøèñü îò àòîìîâ çîëîòà, ëåòåëè â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Ðàñ÷¸òû ïîêàçàëè, ÷òî íàáëþäàåìûå èìè ÿâëåíèÿ ìîãëè ïðîèçîéòè, åñëè áû âñÿ ìàññà àòîìà è âåñü åãî ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä áûëè ñîñðåäîòî÷åíû â êðîõîòíîì öåíòðàëüíîì ÿäðå. Ðàäèóñ ÿäðà, êàê âûÿñíèëîñü, â 100 òûñÿ÷ ðàç ìåíüøå ðàäèóñà âñåãî àòîìà, òîé åãî îáëàñòè, â êîòîðîé
íàõîäÿòñÿ ýëåêòðîíû, èìåþùèå îòðèöàòåëüíûé çàðÿä. Åñëè ïðèìåíèòü îáðàçíîå ñðàâíåíèå, òî âåñü îáúåì àòîìà ìîæíî óïîäîáèòü ñòàäèîíó â Ëóæíèêàõ, à ÿäðî — ôóòáîëüíîìó ìÿ÷ó, ïîëîæåííîìó â öåíòð ïîëÿ. Àòîì ëþáîãî õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà — êàê áû êðîõîòíàÿ Ñîëíå÷íàÿ ñèñòåìà (ðèñ. 30). Ïîýòîìó òàêóþ ìîäåëü àòîìà, ïðåäëîæåííóþ Ý. Ðåçåðôîðäîì, íàçûâàþò ïëàíåòàðíîé. Íî è ýòî íå âñ¸. Îêàçûâàåòñÿ, êðîøå÷íîå àòîìíîå ÿäðî, â êîòîðîì ñîñðåäîòî÷åíà âñÿ ìàññà àòîìà, ñîñòîèò èç ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö äâóõ âèäîâ — ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ. Ïðîòîíû (òàáë. 2) èìåþò çàðÿä, ðàâíûé çàðÿäó ýëåêòðîíîâ, íî ïðîòèâîïîëîæíûé ïî çíàêó (+1), è ìàññó (îíà ïðèíÿòà â õèìèè çà åäèíèöó), ïðèìåðíî ðàâíóþ ìàññå àòîìà âîäîðîäà. Îáîçíà÷àþòñÿ ïðîòîíû çíàêîì
Íåéòðîíû íå íåñóò çàðÿäà, îíè íåéòðàëüíû è èìåþò ìàññó, ïðèìåðíî ðàâíóþ ìàññå ïðîòîíà, ò. å. 1. Îáîçíà÷àþò íåéòðîíû çíàêîì Ýëåêòðîíû îáîçíà÷àþò çíàêîì å. Òàê êàê ìàññîé ýëåêòðîíà, íè÷òîæíî ìàëîé, ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, òî î÷åâèäíî, ÷òî â ÿäðå ñîñðåäîòî÷åíà âñÿ ìàññà àòîìà. Ñóììó ÷èñåë ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ â àòîìå íàçûâàþò ìàññîâûì ÷èñëîì (À). Íàïðèìåð, ìàññîâîå ÷èñëî àòîìà àëþìèíèÿ:
Ïîñêîëüêó àòîì ýëåêòðîíåéòðàëåí, òî òàêæå î÷åâèä íî, ÷òî ÷èñëî ïðîòîíîâ è ýëåêòðîíîâ â àòîìå îäè íàêîâî. Îíî ñîîòâåòñòâóåò ïîðÿäêîâîìó íîìåðó õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå Ä. È. Ìåíäåëååâà. Íàïðèìåð, â ÿäðå àòîìà æåëåçà ñî äåðæèòñÿ 26 ïðîòîíîâ, à âîêðóã ÿäðà ðàñïîëàãàþòñÿ 26 ýëåêòðîíîâ. À êàê îïðåäåëèòü ÷èñëî íåéòðîíîâ â àòîìå? Êàê âàì óæå èçâåñòíî, ìàññà àòîìà ñêëàäûâàåòñÿ èç ìàññû ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ. Çíàÿ ïîðÿäêîâûé íîìåð ýëåìåíòà (Z), ò. å. ÷èñëî ïðîòîíîâ, è ìàññîâîå ÷èñëî (À), ðàâíîå ñóììå ÷èñåë ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ, ìîæíî íàéòè ÷èñëî íåéòðîíîâ (N) ïî ôîðìóëå:
Ñîñòàâ àòîìíûõ ÿäåð õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ¹ 1—20 â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå Ä. È. Ìåíäåëååâà ïðåäñòàâëåí íà ðèñóíêå 31. Ìîæíî ëè ðàçãëÿäåòü àòîì, ïîòðîãàòü è äàæå ïåðåäâèíóòü åãî? Êàçàëîñü áû, íåò, — íàñòîëüêî îí ìàë. Íî ñîâðåìåííûå ïðèáîðû ïîçâîëÿþò ñäåëàòü ýòî. Øâåéöàðñêèå ó÷¸íûå Ã. Áèííèã è Ã. Ðîðåð ñîçäàëè ìèêðîñêîï, êîòîðûé ïîçâîëèë óâèäåòü ðåàëüíûå àòîìû è ìîëåêóëû. Çà ýòî îòêðûòèå îíè â 1986 ã. ïîëó÷èëè
Íîáåëåâñêóþ ïðåìèþ. Òàêîé ìèêðîñêîï ïîëó÷èë íàçâàíèå ñêàíèðóþùåãî (ðèñ. 32), òàê êàê â í¸ì â ðîëè ñêàíåðà âûñòóïàåò î÷åíü òîíêàÿ èãëà-ùóï, êîòîðóþ âåäóò ó ñàìîé ïîâåðõíîñòè èññëåäóåìîãî âåùåñòâà. Íåðîâíîñòè ýòîé ïîâåðõíîñòè, ñîçäàâàåìûå àòîìàìè (âûïóêëîñòè è âïàäèíû), êàê áû ïðîùóïûâàþòñÿ ýëåêòðè÷åñêèì òîêîì, âîçíèêàþùèì ìåæäó èãëîé è ÷àñòèöàìè, êîòîðûå îáðàçóþò èññëåäóåìóþ ïîâåðõíîñòü (ðèñ. 33).  ðåçóëüòàòå ñ ïîìîùüþ ìîùíîãî êîìïüþòåðà ïîëó÷åííîå èçîáðàæåíèå ïîâåðõíîñòè, ïîñòðîåííîå èç îòäåëüíûõ àòîìîâ, âîçíèêàåò íà ìîíèòîðå. Íà ðèñóíêå 34 ïðèâåäåíî èçîáðàæåíèå íàäïèñè «Peace», âûëîæåííîå àòîìàìè êñåíîíà.
×òîáû ïîëó÷èòü ïðåäñòàâëåíèå î ðàáîòå ñêàíèðóþùåãî ìèêðîñêîïà, ìîæíî âûïîëíèòü ñëåäóþùèé îïûò. Ëàáîðàòîðíûé îïûò ¹ 3Ìîäåëèðîâàíèå ïðèíöèïà äåéñòâèÿ ñêàíèðóþùåãî ìèêðîñêîïàÐàñïàêóéòå ïëàñòèíêó æåâàòåëüíîé ðåçèíêè è ñ ïîìîùüþ óêàçàòåëüíîãî ïàëüöà (ñâîåîáðàçíîãî ñêàíåðà) ñäåëàéòå âûâîä îá îòíîñèòåëüíîé ãëàäêîñòè êàæäîé èç òð¸õ ïîâåðõíîñòåé óïàêîâêè æåâàòåëüíîé ðåçèíêè è å¸ ñîäåðæèìîãî: à) áóìàãè; á) ôîëüãè; â) ñàìîé ðåçèíêè. Ýòîò ïðèíöèï èñïîëüçóåòñÿ ïðè èçãîòîâëåíèè ïå÷àòíîé ïðîäóêöèè äëÿ ñëåïûõ. Ñêàíèðóþùèå ìèêðîñêîïû ïîçâîëÿþò óâåëè÷èòü îáúåêòû ìàòåðèàëüíîãî ìèðà â 100 ìëí ðàç. Òàê êàê òàêèå îáúåêòû èìåþò ðàçìåðû ìàñøòàáà 10-9 ì, ò. å. ðàçìåðà íàíîìåòðà (÷àñòèöà íàíî- îò ëàò. «êàðëèê», êàê ðàç è îòðàæàåò ýòó âåëè÷èíó), òî ìàíèïóëèðîâàíèå àòîìàìè îòíîñÿò ê îñîáîé ñôåðå ÷åëîâå÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè — íàíîòåõíîëîãèè. Ñ ïîìîùüþ òàêîé òåõíîëîãèè ñîçäàþòñÿ âåùåñòâà è ìàòåðèàëû ñ çàðàíåå çàäàííûìè ñâîéñòâàìè. Íàïðèìåð, íåäàëåêî òî âðåìÿ, êîãäà â íàøó æèçíü âîéäóò êâàíòîâûå êîìïüþòåðû, êîòîðûå áóäóò îáëàäàòü ïîðàçèòåëüíûì áûñòðîäåéñòâèåì è îãðîìíûì îáú¸ìîì ïàìÿòè, ñïîñîáíîñòüþ ìãíîâåííî çàïèñàòü, îáðàáîòàòü è ïåðåñëàòü èíôîðìàöèþ ëþáîãî âèäà â öèôðîâîì ôîðìàòå. Íà ðàçâèòèå íàíîòåõíîëîãèè â Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè âûäåëÿþòñÿ çíà÷èòåëüíûå ñðåäñòâà.
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàëû óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Èñïîëüçóÿ Èíòåðíåò, ïîäãîòîâüòå ñîîáùåíèå î äîñòèæåíèÿõ íàíîòåõíîëîãèè è å¸ ðîëè â æèçíè îáùåñòâà. 3. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâîñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
1. Êàêèå íàó÷íûå îòêðûòèÿ äîêàçàëè, ÷òî àòîì — ñëîæíàÿ ÷àñòèöà, ÷òî îí äåëèì? 2. Îïðåäåëèòå ÷èñëî ïðîòîíîâ, ýëåêòðîíîâ è íåéòðîíîâ â àòîìàõ ýëåìåíòîâ: íàòðèÿ, ôîñôîðà, çîëîòà. 3. Ïîëüçóÿñü ýòèìîëîãè÷åñêèì ñëîâàð¸ì, îáúÿñíèòå, ïî÷åìó ïëàíåòàðíóþ ìîäåëü ñòðîåíèÿ àòîìà, ïðåäëîæåííóþ Ý. Ðåçåðôîðäîì, íàçûâàþò òàêæå íóêëåàðíîé. Ïî÷åìó ïðîòîíû è íåéòðîíû âìåñòå íàçûâàþò íóêëîíàìè? 4. Ïîðÿäêîâûé íîìåð ýëåìåíòà â òàáëèöå Ä. È. Ìåíäåëååâà ðàâåí 35. Êàêîé ýòî ýëåìåíò? ×åìó ðàâåí çàðÿä ÿäðà åãî àòîìà? Ñêîëüêî ïðîòîíîâ, ýëåêòðîíîâ è íåéòðîíîâ â åãî àòîìå? 5. Íà óðîêàõ áèîëîãèè âû ðàññìàòðèâàëè êëåòêè ðàñòåíèé, èñïîëüçóÿ ñâåòîâîé ìèêðîñêîï. Êàêîâ ïðèíöèï äåéñòâèÿ ýòîãî ìèêðîñêîïà? 6. ×òî âûñòóïàåò â ðîëè àíàëîãà ñâåòà â ñêàíèðóþùåì ìèêðîñêîïå? Êàêîâ ïðèíöèï äåéñòâèÿ ýòîãî ìèêðîñêîïà? 7. ×òî òàêîå íàíîòåõíîëîãèè? Ïî÷åìó ýòà îòðàñëü íàóêè è ïðîèçâîäñòâà ïîëó÷èëà òàêîå íàçâàíèå?
|
|
|